Короткий ликбез про то, куда дели квантовые компьютеры.

Главная проблема — алгоритм там делается не по шагам, а сразу целиком. И если в процессе исполнения что-то глюкнуло, то вернуться на шаг назад и исправить нельзя. Можно только доделать до конца и посмотреть, что получилось. Промежуточных состояний, по сути, нет. Точнее, они существуют, но их нельзя измерить без разрушения квантовой суперпозиции. То есть на практике сбросить всё в исходное состояние и начать заново.

Это физическая особенность квантовых вычислений. С одной стороны, они дают вам возможность обрабатывать сразу все варианты развития событий с помощью суперпозиций, с другой стороны — руками это трогать нельзя. Машина жужжит, работает, потом выдаёт ответ — 42. В процессе происходит магия.

Так вот, во время стадии "жужжит", кубиты — основа превосходства квантовых компьютеров над убогими обычными — глючат. Потому что внешняя среда. И четверг.

У каждого есть средний процент глюка. Обычный кубит даёт правильную операцию в районе 92,7%, хороший годный отечественный кубит может до 98%. То есть 100% матожидание ошибки будет через 14-50 шагов в зависимости от качества кубита.

А обычно в алгоритме сильно больше шагов. В нормальном алгоритме на порядки больше. В алгоритмах, которые нужны от квантовых компьютеров — например, для быстрой факторизации или поиска элементов в списке в одно действие — прямо очень дофига больше. Поэтому в итоге либо ваш код короткий и практически-бесполезный, потому что такие простые вещи лучше делать на обычной машине, либо длинный и глючный, и всегда выдаёт решения с косяками.

Но! Такую проблему мы, земляне, уже решали с оперативной памятью. Она тоже безбожно глючила. В ней появились особые байты, по 9 бит, где последний — контрольный. Можно и больше, в зависимости от того, как высоко относительно уровня моря стоит или летит ваш компьютер, потому что излучения больше. Важно, что логический байт всегда был 8 бит, а его железная реализация процессор не волнует. Рядом были ещё более глючные магнитные накопители на ленте и CD, где 8 байт звука занимали 24 физических байта. Потому что Хемминг и его код. Можно просто отбрасывать заглючивший блок и считать без него. Можно подходить статистически, "размазывая" вычисления на несколько блоков, а потом голосовать большинством за правильное. Можно ещё много чего.

С такими алгоритмами всё относительно просто, потому что глюк можно увидеть в тот момент, когда он появился. И сам по себе глюк случается редко, то есть не надо контролировать контролирующего.

А вот в случае кубитов надо несколько десятков вспомогательных, обычно от 9 (это теоретический минимум) до 40 и больше, потому что первые 9 тоже косячат, поэтому им тоже... Короче, вы поняли. Потому что все эти коррекции — часть алгоритма, который надо выполнить за один раз целиком.

Собственно, это основная причина, почему принципиального прогресса нет. Например, IBM показала Кондор с 1121 кубитом, из которых логических может оказаться штук 10-20, и то, запутываемых только по соседним парам. Про такие вещи в пресс-релизах не особо пишут.

Можно ещё некоторое время поговорить про кутриты, про возможность запутывания несоседних кубитов, про сверхпроводниковые, ионные и хорошие годные отечественные фотонные платформы, про то, что от скорости декогеренции зависит ограничение на время выполнения алгоритма, но в целом всё главное вы уже знаете. Важно повышать достоверность кубитной операции.

До примерно 2020-2021 года считалось, что 99% на кубит — практический предел технологий на этой планете. Но:
— UNSW в Австралии получили точность 99,95% в пике (с двумя кубитами 99,37%).
— Голландская команда Ливена Вандерсипена выдала 99,87% с одним и 99,65% с 2 кубитами.
— И японцы упоролись до 99,84% для кубита и 99,51% для 2 штук с теми же Si/SiGe-квантовыми точками, что у голландцев.

Летом этого года IQM прошли (99.91 +-0.02)% на 2-кубитной схеме.

Есть и вот такие прикольные опыты с полностью механическими кубитами.

В общем, теперь осталось это собрать. Следите каждые 5 лет за обновлениями.

#гуманитарии_познают_мир #UDP